СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Вертикальные цилиндрические резервуары с плоскими днищами

Основными элементами резервуара являются боковая стенка, покрытие и днище (рис. 21.1). Днище этих конструкций в боль­шинстве случаев плоское, корпус цилиндрический. Такая форма рациональна с точки зрения прочности и возможности изготовле­ния ее с наименьшим расходом металла. Изготовляют резервуары главным образом из сталей марок Ст2 и СтЗ, а также из низколе­гированных сталей.

Оптимальное с позиции расхода металла соотношение между высотой h резервуара и его диаметром D определяется условием, что масса металла в днище и покрытии равна массе металла в цилиндрической части. При этом для объектов объемом 100—■ 600 м3 h/D= 1,25-^0,85, для объектов объемом до 10 000 м3 h/D~ = 0,7+0,35. Однако, с учетом требований технологии типовые проекты резервуаров вместимостью от 100 до 2000 м3 предусмат­ривают изменение высоты стенки от 5920 до 11845 мм, тогда как

в более крупных резервуарах (50 000 м3 и выше) высота остается практически постоянной и, как правило, не превышает 18 м.

Схематическое расположение швов на цилиндрической части резервуара показано на рис. 21.1,а. Продольные стыковые швы в

Рис. 21.1. Общий вид резервуара объемом F=5000 м3: а — фасад; б — план крыши; в — план днища; г —схема элемента кровли

нижней части оболочки располагают в одну нитку или вразбежку (рис. 21.2,а). На рис. 21.2,6 показан продольный разрез нижней

части оболочки. В верхней ча­сти оболочки соединения лис­тов толщиной до 7—8 мм на- хлесточные (рис. 21.2,в). Раз­мер нахлестки a>4s, где s— толщина листа обечайки. Внешние швы нахлесточного соединения накладываются не­прерывными, внутренние-- прерывистыми. Последнее де­лается для улучшения условий контроля соединений на плот­ность. В местах пересечений Рис. 21.2. Сварные соединения стенки горизонтальных и вертикаль-

резервуара: ных швов производят подбивку

а, б — расположение поясов при стыковых со - ЛИСТОВ, обеспечивающую ПЛОЇ-

единениях; в - ступенчатое расположение ГОРЯИНРНИЙ

при нахлесточных соединениях поясов нисіь ииединении.

Толщину обечаек проектируют переменной и назначают соглас­но расчету на прочность. По безмоментной теории оболочка рас­сматривается как гибкая, учитываются лишь мембранные напря­жения. Основными рабочими соединениями являются продольные швы обечаек. Их прочностью определяется толщина стенок резер­вуара.

Допустим, что давление в резервуаре на глубине у (рис. 21.3,а)

Р=УУ, (21.1);

где у — удельный вес жидкости.

а) б)

т

ш

а — определение напряжений цилиндрической части; б — отверстие в цилиндрической части; в — цилиндрическая часть в месте отверстия усилена кольцом

Определим напряжения в вырезанном из обечайки кольце шириной, равной единице. Рассечем кольцо плоскостью и прило­жим в месте разреза силы

N = as-l, (21.2)

где а — напряжение в кольце; s — толщина кольца.

Условие статического равновесия полукольца

■в/2

— 2-/V-j-2j pR zos ada = 0, о

откуда

тс/2

N = pRІ cos ada = pR. (21.3)

о

Напряжения в кольце

Напряжения сг действуют параллельно касательной к цилин­дрической поверхности. Они возникают также и в продольном шве обечайки. Поэтому из условий прочности напряжение должно быть

в<ИР-

Требуемую толщину sTp листа обечайки определяют по фор­муле

sTP = pR! b%, (21.5)

где р — давление, определяемое по формуле (21.1); і? —радиус резервуара в сечениях на расстоянии 300 мм от нижней кромки

пояса рассчитываемой обечайки (см. рис. 21.2,а), т. е. y = h0. Чем

меньше давление р, тем соответственно тоньше листы обечайки. По соображениям рационального конструирования наименьшую толщину обечайки в резервуарах принимают равной 4 мм. Кольце­вые швы в резервуарах напряжены значительно меньше.

При проектировании резервуаров в настоящее время применя­ют метод расчета прочности по предельному состоянию. При этом допускаемое напряжение определяется по формуле

[а]Р— R^m/n. (21.6)

В резервуарах из стали СтЗ, сваренных электродами 342, при использова­нии физических методов контроля швов расчетное сопротивление #р=210 МПа, а при визуальном методе контроля /?р = 180 МПа. Коэффициент условий работы т=0,8; « = 1,1—коэффициент перегрузки для гидростатического давления жид­кости. Числовое значение [сг]р = 210-0,8-1,1 = 153 МПа.

Результаты определения толщины поясов резервуара объемом У=5000 м3 (см. рис. 21.1) приведены в табл. 21.1.

В нахлесточных соединениях распределение напряжений нерав­номерно. В участках двойной толщины растягивающие напряже­ния, направленные по касательной к окружности, уменьшаются по сравнению с растягивающими напряжениями на участках вне нахлестки. Соответственно сокращаются значения кольцевых де­формаций. Корпус в этих зонах имеет меньший диаметр, нежели между нахлестками, поэтому элементы, направленные по образу­ющей, испытывают изгиб.

Если в поясе предусмотрено отверстие для крепления труб (рис. 21.3,6), то обечайка в зоне отверстия ослабляется и в этом случае возможны два варианта расчета.

1. Допустим, что напряжение в сечении, ослабленном отвер­стием,

a=pRhn/[ (/іп--^)5] <[а]р, (21.7)

где hn — высота пояса; d — диаметр отверстия. В этом случае отверстие не опасно, так как запас прочности в целом сечении настолько велик, что даже в месте выреза расчетное напряжение а оказывается меньше допускаемого.

2. Предположим, что напряжение в сечении, ослабленном от­верстием, больше допускаемого [а] р. В этом случае обечайку в зоне выреза обычно усиливают (рис.

21.3, в), например кольцом. Условно а) 3)

считают, что кольцо возмещает пло­щадь металла, вырезанного из стенки.

Плоское днище резервуара (рис.

21.1,в), установленное на песчаное или бетонное основание, не несет рабочих усилий. Днище изготовляют из листов толщиной 4—8 мм в зависимости ог диаметра резервуара. Нередко по пе­риферии днища под вертикальными стенками укладывают более толстые листы. Например, если в средней ча­сти 5=6 мм, то на периферии s—

=8 мм.

Соединение цилиндрической части с днищем является ответствен­ным элементом конструкции (рис.

21.4, а). В месте соединения возни­кает изгибающий момент М, зависящий от толщины верти­кальной стенки и днища, коэффициента жесткости основания и от длины участка листа днища (консоли), выступающего за стенку.

Приближенно момент, возникающий в месте соединения, на единицу длины

yVf!=0,lp/?s. (21.8)

Напряжение в стенке резервуара

o=M/W=0,1 pRs/1 (1 s2/6)=0,6pR/s. (21.9)

Примем p = 0,l МПа для воды при h= 10 м; R= 10 м; s=l см.

При этих условиях о=60 МПа.

Напряжение направлено параллельно образующей. Эпюра распределения напряжений от момента по высоте стенки резер­вуара показана на рис. 21.4,6. Установлено, что соединение ци­линдрической части с днищем двумя непрерывными швами обес­печивает прочность, поэтому обычно специального расчета на проч­ность для этого соединения не производят.

Крыши резервуаров (см. рис. 21.1,6) проектируют при условии выполнения основного объема заготовительных и сварочных работ на заводе. При наличии средней стойки покрытие расчленяют на отдельные щиты. Щит состоит из двух элементов, направленных ра­диально, нескольких поперечин и листов покрытия, приваривае­мых к ним. Радиальные и попе­речные элементы, образуюш, ке каркас щита, изготовляют из про­фильных прокатных, гнутых или штампованных заготовок. Щит с одной стороны приваривают к оболочке, а с другой — опирают на центральную стойку.

Стальные листы кровли имеют толщину s = 2-^3 мм. Элементы каркаса воспринимают вертикальную нагрузку от собственного веса, веса снега, учитываемого в зависимости от района и угла на­клона кровли, а также веса людей, которые могут находиться на кровле. Листовое покрытие рассматривается при расчете прочно­сти как пластина с опорой по контуру. Приближенно пластина

при расчете может приниматься прямоугольной (см. рис. 21.1,г).

Обозначим через а меньшую сторону прямоугольника, b — боль­шую. Напряжения в пластине от нагрузок q, равномерно распре­деленных по ее плоскости,

o=6aqa2js2, (21.10)

где q — нагрузка от веса снега и собственного веса кровли; а= = 0,192 при а = Ъ а = 0,407 при а = 0,5Ь; s — толщина кровли.

Вес человека Р может рассматриваться в качестве эквивалент­ной распределенной нагрузки:

qo = 2P/(ab). (21.11)

Каркас расчленяют на отдельные стержни, которые рассмат­ривают при расчете на прочность как балки со свободной опорой, работающие на поперечный изгиб под действием вертикальных сил.

Если в конструкции резервуара предусмотрена средняя стой­ка, то она воспринимает около 33% всей вертикальной нагрузки на крышу. Она может быть нагружена как центрально (при ус­ловии симметричного загружения снегом всей крыши), так и эксцентрично. Стойку рассматривают как элемент, шарнирно за­крепленный по концам, и проектируют согласно принципам расче­та, изложенным в гл. 19. Она может иметь решетчатую форму или форму трубы. Иногда ее используют в качестве барабана для навивки рулонированной поверхности днища.

Щитовые покрытия резервуаров могут выполняться складчато­коническими (рис. 21.5), что обеспечивает значительную жест­кость, как местную (отдельных элементов), так и общую всего покрытия.

Непрерывно ведутся работы по увеличению объема цилиндри­ческих резервуаров. В настоящее время изготовляют резервуары вместимостью до 50 ООО м3. Проектируют резервуары еще боль­ших размеров с двух - или трехслойными стенками цилиндриче­ской части, составленными из рулонируемых полотнищ толщиной менее 16 мм.